(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
他ノードに対して無線送信するノードであって、
自ノード又は他ノードの送信から少なくともバックオフ時間待機して、他の一つ又は複数のノードに対して送信する送信手段と、
自ノードの送信と衝突する可能性のある他ノードの送信を検出する監視手段と、
前記監視手段の検出結果に基づき、他ノードが送信元となり、自ノードの送信と衝突する可能性のある送受信を行っているノードの組み合わせの数を推定する推定手段と、
前記監視手段の検出結果に基づき、自ノードが最後に他ノードに対して送信してから、他ノードが送信元となり、自ノードの送信と衝突する可能性のある送信を行ったノードの組み合わせの数を計数する計数手段と、
前記バックオフ時間を基準値以上又は基準値以下に設定するバックオフ切替手段とを備え、
前記バックオフ切替手段は、
前記送信手段が情報の送信を行うと、前記バックオフ時間を基準値以上に設定し、
前記計数手段の計数結果が、前記推定手段が推定したノードの組み合わせの数に到達した場合に、前記バックオフ時間を前記基準値以下に設定するものであることを特徴とする、ノード。
【請求項２】
前記バックオフ切替手段は、前記監視手段が、自ノードが最後に他ノードに対して送信してから、他ノードが送信元となり、当該ノードの送信と衝突する可能性のある送信を行ったノードの組み合わせを重複して検出した場合にも、前記バックオフ時間を基準値以下に設定する、請求項１記載のノード
【請求項３】
自ノード又は他ノードの送信から少なくともバックオフ時間待機して、他の一つ又は複数のノードに対して無線送信する送信手段と、自ノードの送信と衝突する可能性のある他ノードの送信を検出する監視手段とを備えるノードにおけるコンピュータを、
前記監視手段の検出結果に基づき、他ノードが送信元となり、自ノードの送信と衝突する可能性のある送受信を行っているノードの組み合わせの数を推定する推定手段と、
前記監視手段の検出結果に基づき、自ノードが最後に他ノードに対して送信してから、他ノードが送信元となり、自ノードの送信と衝突する可能性のある送信を行ったノードの組み合わせの数を計数する計数手段と、
前記バックオフ時間を基準値以上又は基準値以下に設定するバックオフ切替手段として機能させるためのプログラムであって、
前記バックオフ切替手段は、
前記送信手段が前記他の一つ又は複数のノードに対して情報を送信した場合に、前記バックオフ時間を基準値以上に設定し、
前記計数手段の計数結果が、前記推定手段が推定したノードの組み合わせの数に到達した場合に、前記バックオフ時間を基準値以下に設定するものである、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、ノード及びプログラムに関し、特に、他ノードに対して、バックオフ時間待機して送信するノード等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
IEEE  802.11に準拠した無線デバイスの小型化と低価格化に伴い、スマートフォンなどの無線ＬＡＮを搭載したデバイスが増加している。従来の無線ＬＡＮでは、アクセスポイントに接続して通信するインフラストラクチャモードを利用している。しかしながら、インフラストラクチャモードを利用した無線ＬＡＮは、柔軟なネットワークの構成や拡張の面で制限が生じることがあった。
【０００３】
そこで、近年、モバイルアドホックネットワーク（Mobile  Ad-hoc  Network、MANET）が注目されている（非特許文献１参照）。ＭＡＮＥＴでは、無線ＬＡＮデバイスを搭載したモバイルノード同士が通信を行うことで、柔軟にネットワークを構築することができる。例えば、IEEE  802.11無線ＬＡＮによって構成されるＭＡＮＥＴでは、MAC層における制御として、CSMA/CA（Carrier  Sence  Multiple  Access  with  Collision  Avoidance）が使用される。CSMA/CAでは、ネットワーク内の複数のノードがフレームを送信する際に、他ノードとの干渉を抑制するため、ＩＦＳ（Inter  Frame  Space）時間＋バックオフ時間だけ通信を待機する制御が行われる。ここで、バックオフ時間は、０〜ＣＷ（Contention  Window）の範囲から生成される整数値である乱数値を、スロットタイムに乗じたものである。ＣＷ値は、CWmin≦CW≦CWmaxの範囲で可変である。ＣＷ値は、フレームが衝突するたびに２倍ずつ増加し、上限値CWmaxに達した後は、一定の値となる。
【０００４】
簡単のため、無線ＬＡＮを構成する各ノードが、１つの無線ＬＡＮインターフェースを有する場合を想定する。この場合、ネットワーク内に存在する全ノードは、１つのチャネル資源を共有することになる。そのため、送信トラヒック量が増加するに伴い、ノード間のフレーム送信時の干渉が増加する。このようなチャネル干渉が頻発する環境下において各ノードの通信性能を保証するため、例えば、フレームを送信するノードのＭＡＣアドレスに基づき送信順序を管理する自律分散制御を用いた手法や、IEEE  802.11eにおいてサービス毎に優先度を決定してＩＦＳ時間やＣＷminの値を調整する手法が提案されている（非特許文献２、３及び４参照）。
【０００５】
また、ＭＡＮＥＴでは、通常の無線ＬＡＮにおけるインフラストラクチャモードと比較して、フレーム送信時の干渉が増加する傾向がある。そこで、ＭＡＮＥＴを構成する各ノードのフレーム送信時の干渉を抑制してエンドノード間の通信性能を向上させるため、周辺ノードの振る舞いを考慮した送信優先度制御を行うＰＴＳ（Prioritized  Transmission  Scheme）が提案されている（非特許文献５参照）。ＰＴＳでは、各ノードはPromiscuous  Modeを利用することで周辺ノードの挙動を監視し、この監視結果に基づいて各ノードの送信優先度を決定する。各ノードは、フレームを送信した場合に自ノードの送信優先度を低下させる。そして、周囲のノードの振る舞いを常に監視し、近隣ノードのフレーム送信を検出すると自ノードの送信優先度を上昇させる。この手法では、ＩＦＳ時間を調整してノードの送信優先度に差を設けることで、ノード間の衝突を抑制する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】D．D．Perkins、外１名著，“A  Survey  on  Quality-of-Service  Support  for  Mobile  Ad  hoc  Network，”Wireless  Communications  and  Mobile  Computing，vol．2，Iss．5，pp．503-513，August  2002．
【非特許文献２】H．Zhu、外２名著，“EDCF-DM：A  Novel  Enhanced  Distributed  Coordination  Function  for  Wireless  Ad  Hoc  Network，”Proc．of  IEEE  Internatinal  Conference  on  Communications（ICC）2004，Vol．7，pp．3886-3890，June  2004．
【非特許文献３】L．Gannoune、外３名著，“Dynamic  Tuning  of  the  Contention  Window  Minimum（CWmin）for  Enhanced  Service  Differentiation  in  IEEE  802.11  Wireless  Ad-hoc  Networks，”Proc．of  IEEE  Vehicular  Technology  Conference（VTC  2004-Fall），vol．4，pp．2956-2961，September  2004．
【非特許文献４】五十嵐、外３名著，“端末間自律分散制御による無線LAN  VoIPの品質向上に関する検討”，電子情報通信学会技術研究報告，RCS2006-12，pp．67-72，2006年4月．
【非特許文献５】D．Nobayashi、外２名著，“A  Simple  Priority  Control  Mechanism  for  Performance  Improvement  of  Mobile  Ad-hoc  Networks，”The  36th  IEEE  Conference  on  Local  Computer  Networks（LCN）2011，pp．167-170，Oct．4-7，2011．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ＭＡＮＥＴ（非特許文献１乃至４参照）では、中継ノードが隣接ノードからのフレームを転送する際に、送信元ノードからの次のフレーム送信と衝突する可能性がある。さらに、ＭＡＮＥＴでは、ネットワークトポロジの形態が不規則に変化するため、ネットワークを構成するすべてのノードが中継ノードになる可能性を有しており、そのフレーム中継の際に他のノードのフレーム送信と衝突する頻度が高くなる可能性がある。これらの衝突によりネットワーク全体の通信性能が低下してしまう。
【０００８】
また、ＰＴＳ（非特許文献５参照）には、２つの優先度クラスを有するPTS  with  Class  2（PTSC2）と３つの優先度クラスを有するPTS  with  Class  3（PTSC3）が提案されている。しかしながら、これらPTSC2及びPTSC3は、ネットワーク内のフロー数が増加するにつれて、各フローの通信性能を高く維持することが困難であることが確認されている。
【０００９】
そこで、本願発明は、ＭＡＮＥＴにおいて、各ノードが自律分散的に動作して、通信性能を向上させることに適したノード等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明の第１の観点は、他ノードに対して無線送信するノードであって、自ノード又は他ノードの送信から少なくともバックオフ時間待機して、他の一つ又は複数のノードに対して送信する送信手段と、自ノードの送信と衝突する可能性のある他ノードの送信を検出する監視手段と、前記監視手段の検出結果に基づき、他ノードが送信元となり、自ノードの送信と衝突する可能性のある送受信を行っているノードの組み合わせの数を推定する推定手段と、前記監視手段の検出結果に基づき、自ノードが最後に他ノードに対して送信してから、他ノードが送信元となり、自ノードの送信と衝突する可能性のある送信を行ったノードの組み合わせの数を計数する計数手段と、前記バックオフ時間を基準値以上又は基準値以下に設定するバックオフ切替手段とを備え、前記バックオフ切替手段は、前記送信手段が情報の送信を行うと、前記バックオフ時間を基準値以上に設定し、前記計数手段の計数結果が、前記推定手段が推定したノードの組み合わせの数に到達した場合に、前記バックオフ時間を前記基準値以下に設定するものであることを特徴とするものである。
【００１１】
本願発明の第２の観点は、第１の観点のノードにおいて、前記バックオフ切替手段は、前記監視手段が、自ノードが最後に他ノードに対して送信してから、他ノードが送信元となり、当該ノードの送信と衝突する可能性のある送信を行ったノードの組み合わせを重複して検出した場合にも、前記バックオフ時間を基準値以下に設定するものである。
【００１２】
本願発明の第３の観点は、自ノード又は他ノードの送信から少なくともバックオフ時間待機して、他の一つ又は複数のノードに対して無線送信する送信手段と、自ノードの送信と衝突する可能性のある他ノードの送信を検出する監視手段とを備えるノードにおけるコンピュータを、前記監視手段の検出結果に基づき、他ノードが送信元となり、自ノードの送信と衝突する可能性のある送受信を行っているノードの組み合わせの数を推定する推定手段と、前記監視手段の検出結果に基づき、自ノードが最後に他ノードに対して送信してから、他ノードが送信元となり、自ノードの送信と衝突する可能性のある送信を行ったノードの組み合わせの数を計数する計数手段と、前記バックオフ時間を基準値以上又は基準値以下に設定するバックオフ切替手段として機能させるためのプログラムであって、前記バックオフ切替手段は、前記送信手段が前記他の一つ又は複数のノードに対して情報を送信した場合に、前記バックオフ時間を基準値以上に設定し、前記計数手段の計数結果が、前記推定手段が推定したノードの組み合わせの数に到達した場合に、前記バックオフ時間を基準値以下に設定するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明の各観点によれば、バックオフ切替手段は、自ノードが送信を行うと優先度が低い状態（LOW）として、バックオフ時間を基準値以上に設定することにより、通常の優先度の状態（NORMAL）のノードよりも送信しにくい状況にする。また、他のノードがノードペア数の送信を行うと、従来のIEEE  802.11と同様の処理を行う通常の優先度の状態（NORMAL）として、バックオフ時間を基準値以下に設定する。このように、ノードは、周辺ノードの通信状況に基づき、自律分散的に動作してバックオフ時間を調整して動的送信スケジューリングを行うことにより、ＭＡＮＥＴにおける通信性能を向上させることが可能になる。本願発明では、ノードの送信機会を制御するためのPoint  Coordinatorなどの管理ノードも、ノード間での明示的な制御メッセージの交換も、必要としない。
【００１４】
さらに、いずれの優先度においても、通常のCSMA/CAにおける送信待機時間を工夫することで送信優先制御を実現するものであり、既存技術との混在が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線通信システム１の一例を示す概略ブロック図である。
【図２】図１の推定部１３による通信ノードペア数の推定方法を説明するための例を示す図である。
【図３】図１のノード３1の状態遷移を示す図である。
【図４】図１の計数部１５及びバックオフ切替部１７の動作の一例を示すフロー図である。
【図５】図１のノード３1がLOW状態である場合のバックオフ例を示す図である。
【図６】ホップ数の変化による性能調査のシミュレーショントポロジを示す図である。
【図７】３ホップの場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】５ホップの場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図９】７ホップの場合のシミュレーション結果を示す図である。
【図１０】ノードをランダムに配置した場合のシミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本願発明の実施例について説明する。本実施例は、ＭＡＮＥＴにおける新たなノードの動的送信スケジューリング方式を提案することにより、各ノード間のチャネルの干渉により通信性能低下が発生するという問題を解決するものである。
【００１７】
本実施例において、各ノードは、近隣ノードにおける送信ノードペア数を推定し、その推定数に基づき送信優先度を決定する。各ノードは、この送信優先度に従い、CSMA/CAにおけるバックオフ時間を調整し、優先度の低いノードがフレームの送信を待機することで他ノードとの干渉を抑制する。
【００１８】
なお、本実施例では、簡単のために、図１にあるように、４つのノードがＭＡＮＥＴを構成し、各ノードが有する無線ＬＡＮインターフェースが１つの場合を想定する。しかし、本願発明は、ノード数によらず、各ノードにおいてフレーム送信の衝突可能性に着目すればよく、本願発明の実施の形態は、本実施例に限定されるものではない。
【実施例】
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態に係る無線通信システム１の一例を示す概略ブロック図である。無線通信システム１は、４つのノード３1、３2、３3及び３4（本願請求項の「ノード」の一例）を備える。各ノードは、他のノードに対して、少なくともバックオフ時間待機して情報を無線送信する。以下では、ノード３1が本願発明の通信方式を実現するものとし、ノード３1の構成及び動作を具体的に説明する。本願発明は、通常のCSMA/CAにおける送信待機時間を工夫することで送信優先制御を実現するものであり、既存技術との混在が可能である。そのため、他のノード３2、３3及び３4は、ノード３1と同じ構成及び動作でもよく、通常のCSMA/CAにより実現したものであってもよい。
【００２０】
通信可能範囲５は、ノード３1の電波到達範囲である。本実施例では、他のノード３2、３3及び３4は、ノード３1の通信可能範囲内にあるとする。そのため、ノード３1は、例えばPromiscuous  Modeを利用することで、他のノード３2、３3及び３4によるフレームの送受信状況を検出することができる。
【００２１】
無線通信システム１において通信を行っているノードについて、送信元となるノードと送信先となるノードの組み合わせを、ノードペアという。図１では、ノード３3と３4の間では、直接は送受信していないものとする。この場合、図１におけるノードペアは、８個存在し、ノード３1から３2へのもの、ノード３1から３3へのもの、ノード３1から３4へのもの、ノード３2から３1へのもの、ノード３2から３3へのもの、ノード３2から３4へのもの、ノード３3から３1へのもの、及び、ノード３3から３2へのものである。
【００２２】
ノード３1は、監視部１１（本願請求項の「監視手段」の一例）と、推定部１３（本願請求項の「推定手段」の一例）と、計数部１５（本願請求項の「計数手段」の一例）と、バックオフ切替部１７（本願請求項の「バックオフ切替手段」の一例）と、送信部１９（本願請求項の「送信手段」の一例）を備える。
【００２３】
送信部１９は、少なくともバックオフ時間待機して、他のノード３2、３3及び３4に対してフレーム送信を行う。例えば、CSMA/CAを用いたネットワークでは、ネットワーク内の複数のノードがフレームを送信する際に，他ノードとの干渉を抑制するため、ＩＦＳ時間に加え、ランダムなバックオフ時間を加えた時間だけ通信を待機する制御が行われる。送信部１９は、同様に、少なくともバックオフ時間待機し、フレーム送信する。
【００２４】
本実施例では、各ノードにおいて、周辺ノードの通信状況に基づき、このバックオフ時間を切り替え、動的送信スケジューリングを行うことにより、ＭＡＮＥＴにおける通信性能を向上させる。以下、本実施例において提案する通信方式を、ＡＤＴＳ（Autonomous  Dynamic  Transmission  Scheduling）方式という。すなわち、ＡＤＴＳ方式では、この周辺ノードのフレーム送信状況から、その時点においてフレームを送信する可能性があるノード数を推定し、その結果を用いて自身の送信優先度を決定する。各ノードは、この送信優先度に従い、バックオフ時間を調整し、優先度が低下したノードがフレームの送信を待機することで、他ノードとの干渉を抑制する。ＡＤＴＳ方式において、各ノードは、自律分散的に動作する。そのため、ノードの送信機会を制御するための管理ノードを必要としない。また、いずれの優先度においても、通常のCSMA/CAにおける送信待機時間を工夫することで送信優先制御を実現するものであり、既存技術との混在が可能である。
【００２５】
監視部１１は、通信可能範囲５内において、他ノードの通信状況を検出する。本実施例では、無線ＬＡＮインターフェースが１つの場合を想定しており、各ノードは、例えば、インターフェースをPromiscuous  Modeで動作させることにより、他のノード３2、３3及び３4が送信するフレームを受信し、フレーム送信状況を確認することができる。なお、監視部１１は、一般的には、少なくとも、ノード３1によるフレーム送信と衝突する可能性のある送受信を検出すればよい。
【００２６】
推定部１３は、監視部１１の検出結果に基づき、ノード３1の送信と衝突する可能性のある送受信を行っているノードペア数を推定する。本実施例では、ある程度通信状態が継続して定常状態となり、ノードペア数は、８個と推定される。
【００２７】
すなわち、ＡＤＴＳ方式では、各ノードの優先度を設定するために、周辺に存在する通信中のノードペア数を利用する。各ノードは、Promiscuous  Modeを利用して、自身が直前に送信したフレームから次のフレームを送信するまでの期間に受信したフレームの送信元ＭＡＣアドレスと宛先ＭＡＣアドレスのペア（以下、「アドレスペア」という。）を記録しておく。各ＭＡＣアドレスは、各ノードに対応するものであり、アドレスペアは、ノードペアを特定するものである。推定部１３は、受信したフレームの送信元ＭＡＣアドレスと宛先ＭＡＣアドレスが重複していない場合に、通信ノードペア数Ｃを１ずつ加算する。もし、フレームを記録している期間に重複するアドレスペアのフレームを受信した場合、その直前に受信したアドレスペアより以前のアドレスペアをすべて削除し、その削除した数だけＣの値を減少させる。以上の処理を繰り返すことにより、その時点で通信中であるノードペア数Ｃを推定する。この通信ノードペア数Ｃの推定は、各ノードがフレームを送信するたびに実行し、その都度、周辺ノードにおける通信ノードペア数を求める。
【００２８】
図２の例を用いて、推定部１３による通信ノードペア数の推定方法を説明する。この図において、時間軸上のパケットは、アドレスペアごとにそれぞれユニークな番号をａから順に割り当てている。図２では、ある自フレームを送信してから、次に自フレームを送信するまでに、順に、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｂ、ｅ、ａが検出されたとする。図２（ａ）にあるように、異なるアドレスペアを受信している間、ノードペア数Ｃの値は、順次１ずつ加算される。図２（ｂ）にあるように、アドレスペア記録中にアドレスペアｂを重複して受信した場合、アドレスペアｂを受信したためノードペア数Ｃに１を加算し、かつ、記録していたペアの中から、前に受信していたアドレスペアｂ以前のアドレスペアを削除し、その数だけＣの値を減少させる。図２（ｂ）では、最初のａとｂを削除するため、この時点におけるＣの値は３となる。上記の処理を次に自フレームを送信するまで繰り返す。最終的に、図２（ｃ）におけるＣの値は、５となる。
【００２９】
計数部１５は、前記監視手段の検出結果に基づき、自フレームを送信してから、他ノードが当該ノードの送信と衝突する可能性のある送信を行ったノードペアの数を計数する。
【００３０】
バックオフ切替部１７は、バックオフ時間を基準値以上とするか、又は、基準値以下とするかを切り替える。すなわち、計数部１５の計数結果が、推定部１３が推定したノードペア数に到達するまでは、バックオフ時間を基準値以上に設定する（図３の「低優先モード」参照）。低優先モードでは、通常モード（図３の「通常モード」参照）と比較して、待機時間が長く、他のノードが送信する可能性が高い。そのため、フレーム送信の優先度が低いこととなる。他方、計数部１５の計数結果が、推定部１３が推定したノードペア数に到達すると、バックオフ時間を基準値以下に設定する。通常モードでは、例えばCSMA/CAを用いた一般的なネットワークにおけるノードと同様の動作を行う。
【００３１】
図３及び図４を参照して、計数部１５及びバックオフ切替部１７の動作について、より具体的に説明する。図３は、図１のノード３1の状態遷移を示す図である。図４は、計数部１５及びバックオフ切替部１７の動作の一例を示すフロー図である。
【００３２】
ＡＤＴＳ方式では、ノードのフレーム送信に対して優先度を設定することで、近隣ノードとのフレーム送信衝突を抑制する。図３にあるように、ＡＤＴＳ方式における各ノードは、フレームの送信優先度として通常モード（NORMAL）と低優先モード（LOW）の２つの状態を有する。
【００３３】
各ノードは、自身又は他のノードのフレーム送信により、状態制御を行う（図４のステップＳＴ１）。各ノードは、自身のフレーム送信が成功する（ステップＳＴ２におけるＹＥＳ）と、低優先モード（LOW）へ遷移させる（ステップＳＴ３）。この時、バックオフ切替部１７は、推定部１３が推定していた通信ノードペア数Ｃの値を、自身が次のフレームを送信するまでのフレーム待機数Ｗへ代入する（ステップＳＴ３）。そして、ステップＳＴ１へ戻る。
【００３４】
監視部１１が他のノードのフレーム送信を確認すると（ステップＳＴ２におけるＮＯ）、図２（ｂ）のように、記録されたアドレスペアと同じアドレスペアが重複しているかを判断する（ステップＳＴ４）。アドレスペア記録中にアドレスペアが重複した場合、通常モード（NORMAL）に遷移する（ステップＳＴ７）。これは、計測時間内にアドレスペアが重複したということは、自身のフレームを送信できる余地がある可能性が高いと考えるためである。そして、ステップＳＴ１へ戻る。
【００３５】
重複して検出されていない場合、計数部１５は、このＷの値を１ずつ減少させる（ステップＳＴ５）。バックオフ切替部１７は、このＷの値が０以下になったか否かを判断する（ステップＳＴ６）。バックオフ切替部１７は、このＷの値が正であれば、低優先モードを維持する。バックオフ切替部１７は、このＷの値が０以下になると、通常モード（NORMAL）に遷移する（ステップＳＴ７）。そして、ステップＳＴ１へ戻る。
【００３６】
ＡＤＴＳ方式では、IEEE  802.11のCSMA/CAにおけるバックオフ時間を調整することにより、ノードのフレーム送信優先度を定義する。すなわち、各ノードは、自フレームを送信した後、送信の時点において推定された通信ノードペア数だけフレーム送信を待機した後にフレームを送信するため、待機の間、他ノードのフレーム送信を行うことが可能となる。ＡＤＴＳ方式のノードが低優先モードで待機する間、他のノードペアが通信を行っても、フレーム送信の衝突を抑制することが可能となる。
【００３７】
IEEE  802.11では、式(1)に基づき、バックオフ時間を設定する。ここで、BackoffTimeはバックオフ時間、ＣＷはコンテンションウィンドウサイズ、rnd(x)は０以上ｘ以下の]範囲の一様分布に従うランダムな整数、そして、SlotTime はスロット時間を表す。
【００３８】
本実施例では、ノードが通常モードの場合、バックオフ切替部１７は、式(1)に従いバックオフ時間を設定する。ノードが低優先モードの場合、バックオフ切替部１７は、式(2) に従いバックオフ時間を設定する。
【００３９】
ノードが低優先モードの場合、初送信時のCWの最大値である15の値を定数として利用する。さらに、図５に示すように、ノードがバックオフ時間の競合に負けた場合、通常のCSMA/CAに従うノード（NORMAL状態のノード）は、残りのバックオフ時間を次のフレーム送信時に持ち越すのに対し、ＡＤＴＳ方式における低優先モードのノードは、バックオフ時間が式(2)の値に再設定される。これにより、低優先モードのノードは、通常モードのノードと比較し、フレーム送信が困難な状況を構築する。
【００４０】
また、フレームを送信するノードが低優先モードのノードのみになった場合、それらのノードは、式(2)に従いバックオフ時間を固定長で設定しているため必ず衝突する。その場合、式(3)に従い低優先モードのバックオフ時間を設定することで、競合を回避する。
【００４１】
すなわち、初送信時のＣＷの最大値とスロット時間とを乗じた値を基準値として、通常モードのノードでは、基準値以下の乱数値とし、低優先モードでは、基準値以上の値とすることにより、低優先モードのノードは、通常モードのノードよりもフレーム送信が困難な状態を構築する。このように、送信優先度決定と送信優先度に対するフレーム送信スケジューリングを行うことによって、各ノードは、周辺の送信ノードペア数に基づき自らのフレーム送信を調整し、ノード間の通信の干渉を抑制する。
【００４２】
【数１】
0005828458.tif 000002
【００４３】
続いて、本願発明の有効性を検証するため、QualNet  4.5.1（http://www.scalable-networks.com）を用いて行ったシミュレーション結果を説明する。
【００４４】
まず、ホップ数の変化による性能調査を行った。本願発明の基本的な性能を検証するために、以下の環境において性能を評価する。ネットワークトポロジは、図６に示すように、ノードを１直線、３列に配置し、それぞれ、３ホップ、５ホップ、７ホップの３種類を対象とする。すべてのノードは、１つの無線インターフェースを保持し、同一の無線チャネルを利用する。各無線インターフェースにはIEEE  802.11aを利用し、伝送レートは全て５４Mb/sに設定する。各ノード間の距離は、本シミュレーションにおいてデータレートを５４Mb/sとした場合にフレームエラー率が０％となる５ｍに設定した。このようなネットワークにおいて、s1、s2、s3は、それぞれ、d1、d2、d3に対して送信レートが１〜６Mb/sのＣＢＲを送信する。このとき、各ノードは、必ず各列の隣接ノードにパケットを転送するものとする。比較手法として、従来のIEEE  802.11a、並びに、送信優先度制御方式（非特許文献５参照）におけるPTSC2及びPTSC3を用いる。また、これらの評価指標として、ＣＢＲの各フローの合計スループットと、ノードの干渉回数を用いる。
【００４５】
次に，ノードをランダムに配置した場合における評価を行った。ノードは５ｍ四方の範囲にランダムに１０〜３０台設置する。すべてのノードは、１つの無線インターフェースを保持し、同一の無線チャネルを利用する。無線インターフェースにはIEEE  802.11aを利用し、伝送レートは全て５４Mb/sに設定する。このネットワークにおいて、ランダムにＣＢＲの送信元と宛先のペアを重複しないように選択し、ノード数が１０台の場合は５本、２０台の場合は１０本、３０台の場合は１５本のＣＢＲフローを生成する。ＣＢＲのデータレートは１０Mb/sに設定し、全フロー同時に発生し同時に終了する。
【００４６】
図７、図８及び図９を参照して、ホップ数の変化による性能調査を説明する。図７、図８及び図９は、それぞれ、３、５、７ホップのトポロジにおける結果を示す。横軸は１本当たりのCBRレート（CBR  Bit  Rate  per  node[Mb/s]）を、縦軸は各CBRフローの総スループット（Throughput[b/s]）を示す。また、表１に各トポロジにおける、全ノードの総干渉回数を示す。このとき、３ホップは６Mb/s、５ホップは４Mb/s、７ホップは３Mb/sのＣＢＲを送信した際における総干渉回数である。
【００４７】
図７に示す３ホップのトポロジの場合、CBRレートが３Mb/sまでは線形的に増加しており、それ以降は各手法ともある一定の値に安定している。これはCBRレートが３Mb/sで３列３ホップのトポロジにおけるスループットの最大値となるためである。CBRが３Mb/s以上の場合、提案手法であるＡＤＴＳは最大値を維持したままであるのに対し、従来のIEEE  802.11a、PTSC2、及び、PTSC3のスループットは減少していることが確認できる。さらに表１より、ＡＤＴＳ方式の干渉回数が他の手法と比べ大きく減少していることが確認できる。このように、スループットにおいては、ＡＤＴＳ方式が従来のIEEE 802.11aと比べ約20 %の改善ができ、全ノード間の干渉回数においては約45 % の干渉軽減を実現している。よって、これらの結果より、ＡＤＴＳ方式を用いることによってノード間の干渉を抑制し、高いスループットを維持できることがわかる。
【００４８】
図８の５ホップ、図９の７ホップのトポロジにおいても、図７の３ホップの場合と同様に、スループットの値が最大まで達した後、それ以上のトラヒックが発生する場合においても、ＡＤＴＳ方式は、スループットが低下せず、最大スループットを得られている。他の手法と比較すると、約２０%の性能改善を実現している。また、干渉回数に関しても５ホップの場合は約３０%、７ホップの場合は約２０%の干渉軽減を実現している。
【００４９】
【表１】
0005828458.tif 000003
【００５０】
図１０を参照して、ノードをランダムに設置した場合における評価を説明する。図１０において、縦軸は、従来のIEEE  802.11aの総スループットを１として正規化した場合における、各手法のスループット（Normalized  Throughput）を、横軸はノード数（Number  of  Nodes）を示す。
【００５１】
この結果より、ＡＤＴＳ方式のスループットは、ノード数が１０台の場合におけるPTSC2に劣るものの、ノード数が２０、３０台の場合は、他の手法より良好なものとなっている。これは、多くのフローが存在する混雑した環境下において、ＡＤＴＳ方式がノード間の干渉を抑制し、高い通信性能を実現可能であることを示している。
【００５２】
以上より、シミュレーションによる性能評価によって、ＭＡＮＥＴにおいて、ＡＤＴＳ方式が、従来のIEEE  802.11を利用した場合と比較して約２０%のスループット改善が可能であることを示した。ＡＤＴＳ方式は、近隣ノードの通信状況を考慮し自らの送信優先度を制御して、近隣ノードの動作に基づきフレーム送信を調整することで、他ノードとの干渉を抑制し，高い通信性能を維持できる。
【符号の説明】
【００５３】
１  無線通信ネットワーク、３1，３2，３3及び３4  ノード、５  ノード３1の通信可能範囲、１１  監視部、１３  推定部、１５  計数部、１７  バックオフ切替部、１９  送信部
【図１】
0005828458.tif 000004
【図２】
0005828458.tif 000005
【図３】
0005828458.tif 000006
【図４】
0005828458.tif 000007
【図５】
0005828458.tif 000008
【図７】
0005828458.tif 000009
【図８】
0005828458.tif 000010
【図９】
0005828458.tif 000011
【図１０】
0005828458.tif 000012
【図６】
0005828458.tif 000013